Volvo och ABB i bräschen för ny hybridteknik
av Claus Laurén Forum 1993-13, sida 26, 14.10.1993
“Vänliga former” har ECC, Volvos Environmental Conc övänliga kvaliteterna.
Volvo och ABB i bräschen för ny hybridteknik
Claus Lauré et hela började redan för D:: än sju år sedan på
Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Två framåtblickande studenter, Peter Chudi och Anders Malmqvist, inledde ett forskningsoch konstruktionsarbete, som syftade till att utveckla en ny typ av kraftpaket. Hjärtat i systemet är en höghastighetsgenerator anpassad för att drivas av en gasturbin.
Omgivningen fick snart ögonen på de unga forskarnas arbete och nya personer engagerades i projektet, dels inom och dels utom högskolan. På så vis kom United Turbine och Volvo Personvagnar i Göteborg in i bilden. Forskarnas arbete bytte karaktär från akademisk 2 projekt till konkret industriprojekt.
På Volvo bestämde man sig för att installera den nya energimaskinen i sin experimentbil Volvo ECC. ECC står för Environmental Concept Car, fritt uttolkat ”miljökonceptbilen”, och konstruktionen syftar till radikalt minskade luftföroreningar p.g.a. avgaser.
Seriehybridbi att föredra
HSG, d.v.s. High Speed Generator, är en del av en hybridmotor, baserad på gasturbin och el i kombination. Den typ av hybridmotor som man fastnat för här, är en s.k. seriehybrid. Motortypen har bara ett drivsystem — en elmotor. For donet drivs av en eller flera relativt starka elmotorer.
I stadstrafik tillåter batterierna eldrift under kortare distanser, och med prestanda som gör att fordonet smidigt kan följa trafikrytmen. Vid landsvägskörning laddas batterierna av en liten men effektiv värmemotor. Denna säkerställer tillfredsställande prestanda och en räckvidd som endast begränsas av bränsletanksvolymen. När extra effektuttag krävs, t.ex. vid omkörning eller kraftiga motlut, tas extrakraften ur batterierna. Vad det hela handlar om är således en motor med en genomgående axel som är gemensam både för gasturbinen (värmemotorn) och el-generatorn.
Det man vinner genom detta arrangemang är i främsta rummet kompakthet och enkelhet. Problemet som lösts genom den nya HSG-tekniken, rör sig, enkelt uttryckt, om rotationshastigheter. En gasturbin har mycket högt varvtal, medan en konventionell elgenerator har ett förhållandevis lågt varvtal.
Nya material ny prestanda
HSG-generatorn har ett varvtal i storleksordningen 100 000 rpm. Med == konventionell materialteknik hade rotorn helt enkelt sprängts av = centrifugalkraften. Med hjälp av nya, höghållfasta material, neodymium-bor-järn-magneter samt effektivare beräkningsmodeller har man emellertid knäckt dessa problem.
Generatorn skapar genom sitt höga varvtal en växelström med ytterst hög frekvens. Man har valt att omforma strömmen över två steg: likriktning och växelriktning. Konstruktörerna säger så här om den nya tekniken — Tidigare komponenter har inte varit tillräckligt snabba. Nu finns lämpliga effektmoduler med hög verkningsgrad. Modulerna klarar av att omforma de höga frekvenser som generatorn alstrar.
Aven spänningen orsakade en del huvudbry. Generatorn levererar ström vid hög spänning och denna måste således transformeras ner för att passa batterispänningen. Systemspänningen (vid drift) är återigen högre än batterispänningen. Ett nytt transformationsmoment måste alltså tillföras. Genom att detta kan ske i likspänningsomvandlaren blir systemspänningen oberoende av spänningssänkningen över batteriet.
Men, men -— trots att många intrikata problem lösts, och ECC-bilen fungerar relativt tillfredsställande, skapar alltjämt batteriteknologin bekymmer, I den aktuella testbilen har man valt att installera vanliga nickel/kadmium-batterier — helt enkelt p.g.a. tillgänglighet.
HSG-projektet har på senare tid fått en ny aktör, nämligen Asea Brown Boveri (ABB). Anledningen till kraftindustrins engagemang i utvecklingsarbetet är att man ser vidare användningsmöjligheter för HSG-tekniken. Ett litet, kompakt och energitätt kraftpaket har användningsområden långt bortom bilbranschen. Att konstruktionen dessutom är miljövänlig gör ju inte saken sämre.